(57)【要約】【課題】センサーチップに対して傾斜する封止樹脂部に適切な傾斜角度を与え、樹脂封止する工程でのセンサーチップ破損発生頻度を低減する【解決手段】本発明の半導体装置は、外部に露出させることが必要な半導体素子１と、半導体素子１の保護層８を有し、保護層８に設けられた開口部３の傾斜角５が、半導体素子１の表面に対して５°以上、４５°以下で形成されるので、保護層８の形成時に、開口部形成用押さえ駒１８が半導体素子１に加える応力を抑えることができ、半導体素子１の破損発生頻度を低減することができる。また半導体素子１が露出する部分の形状を測定対象に容易に近づけることができ、かつ開口部３に設置する半導体素子１の大きさに対して設定する開口部３の大きさが適切な半導体装置を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の表面を露出させる開口部を保護層に有する半導体装置において、
前記保護層に設けられた前記開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体装置は指紋認証装置であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子はワイヤーボンディングにより接続されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子が外部に露出されている前記開口部において、
前記半導体素子のセンサー部位を認識する記号が記載されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子はランドグリッドアレイであることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子はボールグリッドアレイであることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子はフレックスリジッド基板で構成されるランドグリッドアレイであることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子はフレックスリジッド基板で構成されるボールグリッドアレイであることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体素子の表面を露出させる開口部を保護層に有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子の表面にモールドする金型を密着させた状態で、当該金型で前記半導体素子を挟み込み、樹脂を前記金型内に注入し、前記保護層を形成する前記半導体装置の製造方法において、
前記保護層に設けられた前記開口部の傾斜角が、
前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されるように前記金型の開口部形成部分がテーパー面を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサーチップなどを露出させる開口部を必要とする半導体装置のパッケージ形状及び構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、市場に供給されている指紋センサー用の樹脂封止パッケージの構造を参考として従来例を説明する。具体例としてオーセンテック社のタッチタイプ指紋認証センサAES3400（WQFP48-1414：AES3400  Authen  Tec  Inc.）を例に説明する。
【０００３】
図５および図６は上記従来のQFP（クアッド  フラット  パッケージ:Quad Flat Package)を利用した開口部を持つ封止パッケージであり、パッケージ上面には指紋を認証するためにセンサーチップ１０１つまり指紋認識領域を露出させている。指紋認証装置において、センサーチップ１０１は、ほとんどこのような開口部１０３を有している。
【０００４】
また図７は、樹脂封止の概念を示している。センサーチップ１０１はリードフレーム１０７上に実装された状態でモールド金型１１６，１１７に挟み込まれている。
【０００５】
センサーチップ１０１を樹脂封止するためには、この状態で開口部形成用押さえ駒１１８をセンサー面に密着させ、樹脂を注入する。この開口部形成用押さえ駒１１８をセンサー面に密着させることによりセンサー触指可能開口窓１０３が形成される。この開口部形成用押さえ駒１１８は一般的に金属製であり、加工のし易さと封止後の型離れの容易さから、開口部形成用押さえ駒テーパー面１１９とセンサーに触れる面とのなす角の開口部形成用押さえ駒テーパー角度１２０は４５°とされている。尚、開口部形成用押さえ駒テーパー角度１２０がセンサーチップ１０１のパッケージの開口窓傾斜角度１０４そのものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の開口部形成用押さえ駒テーパー角度１２０を用いた場合、センサーチップ１０１の実装の高さがばらつくと、センサーチップの破損が頻繁に発生するという問題があった。これは、露出させるべきセンサーチップ１０１のセンサー開口窓傾斜角度１０５が約４５°であるため、半導体チップを樹脂封止する工程において、開口部形成用押さえ駒１１８をセンサー面に密着させる際に開口部１０３のエッジにかかる応力がセンサー面に対して大きく作用するためである。さらにセンサーチップ１０１の実装の高さが高い位置に取り付けられると、センサーチップ１０１のセンサー面が押さえ駒の角の部分（エッジ）に強く押し付けられ、エッジによってセンサー面にかかる応力がさらに強くなる結果、センサーチップ１０１の破損が頻繁に発生する原因となっていた。
【０００７】
また、小さいセンサーチップ１０１を樹脂封止する場合、センサーチップ用に設ける開口部１０３の寸法を最小限度とした状態では、センサー開口窓傾斜角度１０５を４５°にすると指先１１５のセンサーに対する非接触領域１１３が発生する（図８）。このため、開口部１０３の寸法は確実に指先が入り込むほどの大きな寸法とする必要があった。
【０００８】
従って、指紋認証を行うためには開口部を小さくするにも限度があり、開口部１０３が小さくできないのでセンサーチップの大きさ自体を小さくすることも難しかった。また、このことはセンサーチップサイズ自体を縮小することができないということであり、材料費を抑えることが難しかった。
【０００９】
また、センサー開口窓傾斜角度１０５を４５°とした場合には、使用者が指紋認証を行うために指先１１５を開口部１０３に接触させた際に、パッケージ上面とセンサー開口窓傾斜面１０４の境目が角張った感触があり、ザラツキ・引っかかりなど違和感をもたらす原因になっていた。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサーチップ１０１及び開口部１０３の大きさは指紋認証ができる最小限度の大きさとしつつ、センサーチップ１０１上面に対して傾斜する封止樹脂部１０８に適切な傾斜角度を与えることにより、半導体チップを樹脂封止する工程において、センサー面上での開口部エッジへの応力分散を図り、樹脂封止工程でのセンサーチップ破損発生頻度を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、上記課題を解決するために、開口部を必要とする半導体装置において、外部に露出させることが必要な半導体素子と、前記半導体素子の保護層を有し、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成される。このため、前記半導体素子が露出する部分を測定対象に容易に近づけることができ、かつ開口部に設置する半導体素子の大きさに対して設定する開口部の大きさが適切な半導体装置を実現するという効果を奏する。
【００１３】
また本発明に係る半導体装置は、指紋認証装置であっても良い。また前記半導体装置はワイヤーボンディングにより接続されてもよい。
【００１４】
上記半導体装置が指紋認証装置であれば、指先の形状に合った指紋認証装置が実現できる。またワイヤーボンディングによって接続されていても、開口部の大きさと半導体素子の大きさを適切に作成することができる。
【００１５】
また本発明に係る半導体装置は、前記半導体素子が外部に露出されている部分において、前記半導体素子のセンサー部位を認識する記号が記載されていることが好ましい。
【００１６】
上記のセンサー部位を認識する記号の記載によって、開口部の中のセンサーの位置を容易に識別することができるという効果を奏する。
【００１７】
さらに本発明に係る半導体装置において用いられる半導体素子はランドグリッドアレイであってもよいし、ボールグリッドアレイであっても良い。さらにフレックスリジッド基板で構成されるランドグリッドアレイであっても良いし、フレックスリジッド基板で構成されるボールグリッドアレイであっても良い。
【００１８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体素子の表面にモールドする金型を密着させた状態で当該金型で前記半導体素子を挟み込み、樹脂を前記金型内に注入し、保護層を形成する半導体装置の製造方法であって、前記保護層は前記半導体素子の表面を露出させる開口部を有しており、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されるように前記金型の開口部形成部分がテーパー面を有することを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されるので、前記保護層の形成時に、開口部形成用押さえ駒が半導体素子に加える応力を抑えることができ、半導体素子の破損発生頻度を低減することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る半導体装置は、以上のように、開口部を必要とする半導体装置において、外部に露出させることが必要な半導体素子と、前記半導体素子の保護層を有し、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°以上、４５°以下で形成されるので、前記半導体素子が露出する部分を測定対象に容易に近づけることができ、かつ開口部に設置する半導体素子の大きさに対して設定する開口部の大きさが適切な半導体装置を実現するという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、以上のように、半導体素子の表面にモールドする金型を密着させた状態で当該金型で前記半導体素子を挟み込み、樹脂を前記金型内に注入し、保護層を形成する半導体装置の製造方法であって、前記保護層は前記半導体素子の表面を露出させる開口部を有しており、前記保護層に設けられた開口部の傾斜角が、前記半導体素子の表面に対して５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されるように前記金型の開口部形成部分がテーパー面を有するので、前記保護層の形成時に、開口部形成用押さえ駒が半導体素子に加える応力を抑えることができ、半導体素子の破損発生頻度を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２３】
図２は本発明によって形成されるLGA（ランド  グリッド  アレイ:Land Grid Array）パッケージの上面よりみた図であり、図３は前記LGAパッケージの断面図である。パッケージ上面には、指紋を認証するためにセンサーチップ有効素子領域２を含む領域を露出させている。センサーチップ有効素子領域表示線６も同面に形成されている。また、センサーチップ１は、フレーム基板７の上に形成され、基板上のパッケージ実装接続用端子１０と金ワイヤー９で接続されている。
【００２４】
封止樹脂８は、センサーチップ１のセンサーチップ有効素子領域２側に形成されるが、その際センサー触指可能開口窓３がセンサーチップ有効素子領域２を含む領域に開口される。センサー触指可能開口窓３と封止樹脂８との境界には、センサー開口窓傾斜面４がつけられている。本発明では、上記センサー開口窓傾斜面４とセンサーチップ１とがなす角のセンサー開口窓傾斜角度５は５°より大きく、４５°より小さい角度で形成される。
【００２５】
ここで図１を用いて、上記LGAパッケージの形成方法について説明する。図１は樹脂封止の概念を示している。本方法では、センサーチップ１をフレーム基板７上に実装した状態でモールド金型１６，１７で挟み込み、固定する。
【００２６】
このとき、開口部形成用押さえ駒１８をセンサー面とモールド金型１６の間に挿入し、開口部形成用押さえ駒１８をセンサー面に密着させて、樹脂を注入する。開口部形成用押さえ駒１８は、開口部形成用押さえ駒テーパー面１９とセンサーに触れる面とのなす角が、開口部形成用押さえ駒テーパー角度２０をなすように傾斜している。上記の角度範囲内の角度で上記工程によって、センサー触指可能開口窓３が形成される。樹脂が固定した後、モールド１６，１７と開口部形成用押さえ駒１８とを取り外すことで、LGAパッケージの形成が終了する。
【００２７】
尚、従来は開口部形成用押さえ駒１８で形成されるセンサー開口窓傾斜角度５は４５°のものが一般的であったが、本願発明の方法では５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されている。開口部形成用押さえ駒１８を本願で指定する角度で形成することは現在の工作技術において容易に可能であり、当該開口部形成用押さえ駒１８を用いてLGAパッケージを形成する場合、開口部形成用押さえ駒１８によって形成されるセンサー開口窓傾斜角度５が従来の開口部形成用押さえ駒１８を用いたときよりも緩やかになるため、エッジ部の形成はきれいに形成することができる。
【００２８】
また、上記説明では開口部形成押さえ駒１８によってセンサー開口窓傾斜角度５を形成しているが、モールド金型１６に開口部形成押さえ駒１８の形状を持たせて形成することも可能である。
【００２９】
図４は、本発明によって形成されるLGAパッケージで指紋認証を行う場合における、前記LGAパッケージの断面図と指の位置関係を示した図である。
【００３０】
センサーチップ１は、センサーチップ１自体を固定し、金ワイヤー９などを保護するために封止樹脂８で封止されている。そのためセンサーチップ１上のセンサーチップ有効素子領域２は封止樹脂８に対して窪んだ位置に固定されている。また、図４ではセンサーチップ１の大きさが指先１５に対して小さいことを想定している。この構成において、指紋の認証を行うには、指先１５をセンサーチップ有効素子領域２に接触させることが必要であり、上記の窪み中に指先１５を押し付ける必要がある。従来の開口部形成用押さえ駒１８で形成されたLGAパッケージの場合、センサー開口窓傾斜角度５は４５°で形成されているため、指先１５の形状と比較して封止樹脂８が急激にセンサーチップ１から盛り上がるように形成されるため、使用者が指紋認証を行うために指先１５を開口部３に接触させた際に、パッケージ上面とセンサー開口窓傾斜面４の境目に角張った感触があり、ザラツキ・引っかかりなど違和感をもたらす原因になっていた。
【００３１】
また、従来の開口部形成用押さえ駒１８で形成されたLGAパッケージの場合、センサーチップ１が露出している部分の窪みの形状が指先１５の形状とは大きく異なるため、使用者の指がセンサーに触れない領域（指先非接触領域１３）が大きく存在していた。
【００３２】
一般にセンサー開口窓傾斜角度５が深い角度（４５°若しくはそれ以上の角度の場合）である場合、センサーチップ１が露出している部分の窪みの形状は指先１５の表面の形状とは大きく異なることとなる。この場合、パッケージ上面とセンサー開口窓傾斜面４の境目が角張った感触があり、ザラツキ・引っかかりなど違和感をもたらす原因となるばかりではなく、指先非接触領域１３が広くなるために、センサー触指可能開口窓３はセンサーチップ１に対して広く開口しなければならない。
【００３３】
また、センサー開口窓傾斜角度５が非常に浅い角度（５°若しくはそれ以下の角度の場合）であったときには、センサーチップ１はパッケージの上面から緩やかに形成される窪みに設置されることになり、使用者が指先１５を押さえつける場合に引っかかり等の違和感が少ないばかりか、指先非接触領域１３も減少することが予想される。
【００３４】
しかしながらセンサーチップ１には基板上のパッケージ実装用接続用端子１０と接触するための金ワイヤー９や、センサーチップ１自体を固定する必要があるため、封止樹脂８で封止する厚みについてはある程度以上に厚く形成する必要がある。そのため、上記センサー開口窓傾斜角度５を非常に浅く設定すると、上記の封止樹脂８に厚みを持たせるためにはセンサー開口窓傾斜面４を大きく形成する必要がある。この結果として、LGAパッケージの大きさが大きくなってしまうという問題が発生する。
【００３５】
本実施例の開口部形成用押さえ駒１８で形成されたLGAパッケージでは、センサー開口窓傾斜角度５は５°より大きく、４５°より小さい角度で形成されるため、センサーチップ１が露出している部分の窪みの形状を指先１５の形状に合わせやすく、開口部３に設置するセンサーチップ１に対して設定する開口部３の大きさを比較的小さく作ることができる。またLGAパッケージの大きさが大きくなり過ぎないようにセンサー開口窓傾斜角度５の傾斜角を設定することができる。
【００３６】
一実施例として、開口部形成用押さえ駒１８の材質を金属で形成し、開口部形成用押さえ駒１８とセンサーチップ１が密着する面に対して開口部形成用押さえ駒テーパー１９が３０°の傾斜となるように開口部形成用押さえ駒テーパー角度２０を設定し、実際に製作した例について記載する。この場合、センサー触指可能開口窓３のセンサー開口窓傾斜角度５も３０°となる。
【００３７】
実際に製作したところ、開口窓傾斜角度５を従来の形状（４５°）とした場合には５％程度のセンサーチップ破損が発生していたのに対して、上記の開口部形成用押さえ駒１８を用いて開口窓傾斜角度５を３０°としてLGAパッケージを製作したところ、２５００個作成したパッケージのうち、センサーチップ破損が発生した個数は０個であった。
【００３８】
また、開口窓傾斜角度５が３０°の傾斜となるように開口部形成用押さえ駒テーパー角度２０を設定した場合、前記開口部形成用押さえ駒１８のエッジにかかる応力は上記角度を４５°に設定するとき比べて軽減されることが予想される。実際にシミュレーションによる試算を行ったところ、上記エッジ部でのセンサーチップ１のエッジ部にかかる応力は約1/3に減少することを推定することができた。
【００３９】
またパッケージ上面にある開口部３の内側にはセンサーチップ開口部３とセンサーチップ有効領域２をセンターリングするためのセンサーチップ有効素子領域表示線６を形成してもよい。センサーチップ有効素子領域表示線６を形成する事により、前記領域表示線６の内側がセンサー有効領域２であることが容易に判別することができるため、この部分に製造上の欠陥や汚れが外観上で発見されたものは容易に不良製品として除外することができる。さらに前記センサーチップ有効素子領域表示線６は、図１におけるモールド工程時の金型１６，１７とフレーム基板７の位置調整として利用することもできる。また使用者に指を押し付ける部分であると判断させても良い。
【００４０】
尚本実施の形態ではLGAパッケージを例にして説明したが、本発明は前記パッケージの形態に限定されるものではなく、センサーチップ１などを露出させる開口部３を必要とする半導体装置のパッケージ形状及び構造に対して応用することが可能である。他の例として図９にBGA（ボール  グリッド  アレイ:Ball Grid Array）パッケージでの実施例、図１０，１１にフレックス・リジッドタイプ使用パッケージでの実施例を記載する。
【００４１】
以上のように、本発明では開口部とセンサーチップの寸法を最小限とした状態でも、センサー有効領域へ効率的に接触が可能となるため、必要最小源の部品サイズでセンサーチップを作成することができる。また製造過程中のモールド工程でのセンサーチップ破損発生頻度が下がり生産時不良率低減にむすびつく作用がある。
【００４２】
また、開口露出するセンサーチップなど構成部材へ有効領域表示マークを設けることにより、開口部の外観検査時に設置された本マークを確認するだけで、センサーなどの構成部材と開口部の位置ずれを簡単に検出することができ、外観検査においても全数検査が可能となるので、品質向上につながる。さらに、樹脂封止工程やチップ搭載工程の安定性も同時に確認できる。
【００４３】
さらに、センサー開口部傾斜角度を最適化することにより、直接開口部に指を接触した際のザラツキ・引っかかり感も同時に解消することができる。
【００４４】
また本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明はセンサーチップなどを露出させる開口部が必要な半導体装置のパッケージ形状及び構造に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の指紋認証装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。
【図２】本発明の指紋認証装置の平面図である。
【図３】本発明の指紋認証装置の断面図である。
【図４】本発明の指紋認証装置において、指先とセンサーチップ有効素子領域２の接触領域を示す断面図である。
【図５】従来の指紋認証装置の平面図である。
【図６】従来の指紋認証装置の断面図である。
【図７】従来の指紋認証装置において、指先とセンサーチップ有効素子領域１０２の接触領域を示す断面図である。
【図８】従来の指紋認証装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。
【図９】本発明の指紋認証装置（ＢＧＡタイプ）の断面図である。
【図１０】本発明の指紋認証装置（フレックス・リジッドタイプ）の断面図である。
【図１１】本発明の指紋認証装置（ＢＧＡおよびフレックス・リジッド共用タイプ）の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    センサーチップ（半導体素子）
２    センサーチップ有効素子領域
３    センサー触指可能開口窓（開口部）
４    センサー開口窓傾斜面
５    センサー開口窓傾斜角度（開口部の傾斜角度）
７    フレーム基板（チップ搭載、配線用機材）
８    封止樹脂（保護層）
１３  指先非接触領域
１６  モールド金型（上）
１７  モールド金型（下）
１８  開口部形成用押さえ駒
１９  開口部形成用押さえ駒テーパー面
２０  開口部形成用押さえ駒テーパー角度
２１          パッケージ実装接続用ボール端子
２２          パッケージ接続用コネクタ
２３          フレックス・リジッド基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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